最新临床放射生物学基础课件PPT
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临床放射生物学基础ppt课件
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线性二次模式
E/α=D〔1+d/(α/β)〕 E/α为生 物有效剂量(biologically effective dose, BED),单位为Gy. 它代表:整个分次照射或低剂量连续照 射过程的生物效应.
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线性二次模式
LQ的临床意义 1:预测剂量分割方式的生物效应,而提出
超分割,加速超分割,低分割等照射方式. 2:不同剂量分割方式的等量转换
临床放射生物学基础 Radiobiology
北京大学人民医院放疗科 陈亚林
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放射生物学 Radiobiology
放射生物学研究的是辐射对生物 体作用及其效应规律的一门科学
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放射生物学 Radiobiology
电离辐射对生物体的作用分为
物理阶段 化学阶段 生物阶段
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物理阶段
10-18—10-12s
n2d2〔 1+d2/(α/β) 〕= n1d1 〔 1+d1/(α/β) 〕
D2/D1= 1+d2/(α/β) / 1+d1/(α/β)
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细胞周期时相与放射敏感性
细胞周期时间 （cell-cycle time）,也称为 有丝分裂周期 G2 时间, 是两次 有效的有丝分 裂之间的时间
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M 有丝分裂期
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哺乳动物细胞存活曲线
横坐标表示剂量， 按线性标度绘 制，
纵坐标表示存活 率，按对数标 度绘制
.
哺乳动物细胞存活曲线
D0(平均致死剂 量,mean lethal dose)
D0=1/k,K为直线的斜 率. 它表明,杀死63%的细 胞所需的照射剂量. D0值越小,细胞越敏感.
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哺乳动物细胞存活曲线
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线性二次模式
E/α=D〔1+d/(α/β)〕 E/α为生 物有效剂量(biologically effective dose, BED),单位为Gy. 它代表:整个分次照射或低剂量连续照 射过程的生物效应.
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线性二次模式
LQ的临床意义 1:预测剂量分割方式的生物效应,而提出
超分割,加速超分割,低分割等照射方式. 2:不同剂量分割方式的等量转换
临床放射生物学基础 Radiobiology
北京大学人民医院放疗科 陈亚林
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放射生物学 Radiobiology
放射生物学研究的是辐射对生物 体作用及其效应规律的一门科学
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放射生物学 Radiobiology
电离辐射对生物体的作用分为
物理阶段 化学阶段 生物阶段
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物理阶段
10-18—10-12s
n2d2〔 1+d2/(α/β) 〕= n1d1 〔 1+d1/(α/β) 〕
D2/D1= 1+d2/(α/β) / 1+d1/(α/β)
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细胞周期时相与放射敏感性
细胞周期时间 （cell-cycle time）,也称为 有丝分裂周期 G2 时间, 是两次 有效的有丝分 裂之间的时间
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M 有丝分裂期
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哺乳动物细胞存活曲线
横坐标表示剂量， 按线性标度绘 制，
纵坐标表示存活 率，按对数标 度绘制
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哺乳动物细胞存活曲线
D0(平均致死剂 量,mean lethal dose)
D0=1/k,K为直线的斜 率. 它表明,杀死63%的细 胞所需的照射剂量. D0值越小,细胞越敏感.
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哺乳动物细胞存活曲线
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最新放射生物学的基础理论_图文课件ppt
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〉180um为肿瘤坏死组织
5.氧分压与放射敏感性
• 细胞内氧分压为放射敏感的主要因素，细
胞内氧分压为20mmHg，放射最敏感
临床放射生物学的进展及展望
• 目标:提高肿瘤放疗疗效
•
减少正常组织损伤
一、加强射线对肿瘤的杀伤力
• 放射增敏剂 • 吸入高压氧
减轻对正常组织的损伤
• 放射防护剂 • 吸入低氧
准阈值剂量Dq：是反映肩区大小的参数。将存活曲线 的直线部分延长，与通过存活曲率为1的横轴相交点 的剂量就是Dq。它表明亚致死性损伤修复能力的大小。 Dq值小，表明细胞对亚致死性损伤修复能力弱，很小 的剂量便可使细胞进入致死损伤的指数性存活曲线部 分。
2.影响细胞放射敏感性的因数：
①细胞分化程度与放射敏感性成反比
放射生物学的基础理论_图文
临床放射生物学
放射生物学是一门边缘科学，主 要研究放射线对机体的作用。内容涉及 从放射线对机体作用的原初反应，及其 后一系列的物理、化学改变，乃至生物 学方面的改变。范围由分子水平直到细 胞水平、整体水平。临床放射生物学是 在放射生物学研究的基础上，探讨人类 肿瘤及正常组织在放射中的放射生物学 课题。
线性平方模式(α-β概念)的生物学 基础及临床应用
一、靶学说
目前普遍认为DNA为辐射损伤主要的靶。 射线和物质相互作用可产生DNA的单链或双 链段裂。前者损伤大致能修复，而后者则可 能产生细胞的死亡。据此可以假定辐射损伤 可以用单靶单击，单靶多击或单击多靶等理 论来解说。
二、细胞存活曲线
照射后，细胞的损伤呈随机性。细胞存活曲线 由肩区及线性二部分组成，肩区为亚致死性损伤的 积累而致。细胞存活曲线可由Ｄ０值，n值及Ｄq值 组成．
最新3第二章临床放射生物学教学讲义PPT
3第二章电子、质子和粒子等带电粒子被称做
直接电离辐射线，它们具有足够的动能，在穿透物 质时通过电磁作用直接与原子中的电子“碰撞”引 起物质原子或分子电离。
间接电离：如中子和光子等不带电粒子是间接电离
辐射线，本身不能使物质电离，只能与原子的壳层 电子或原子核作用产生次级粒子如电子和反冲核等 再与物质中原子相互作用引起原子电离。
损伤阶段 损伤过程 产生时间
第一阶段 第二阶段 第三阶段 分子水平 细胞水平 器官水平 立刻 以天计算 以月计算
第四阶段 整体水平 以年计算
一.放射性射线对生物体损伤 的发展过程
对正常组织和肿瘤组织而言这个损伤过程是一样 的。也就是说射线的物理特性是无法区分正常组 织和肿瘤组织的。
放射生物学最根本任务就是如何扩大射线对正常 组织和肿瘤组织作用的差距，在杀死癌细胞的同 时尽量减少对正常组织的损伤，即使损伤了也尽 快给以“修复”。
胞溶解，这种情况被认为是细胞即刻死亡或间期死亡；
用较低的几个戈瑞照射正在分裂或还能进行分裂的细胞（如骨髓
细胞系、皮肤或小肠隐窝），此时部分细胞丧失其分裂或增殖能力。
另一方面，存活细胞或能够生存发育的细胞是指保持细胞增殖能力，
并能够因此而形成集落或克隆的细胞，这些细胞称为克隆源性细胞。
在体内，肿瘤和正常组织只有一小部分细胞属于克隆源性细胞，受照
外推数N值是表示肩宽的量。如N大（比如 10或12）该存活曲线就有一个宽的肩。如 N值小（比如1.5～2）则曲线的肩就小。N 值反映细胞内所含放射敏感区域数，即所 谓靶数。表示细胞内固有的与放射敏感性 相关的参数。
细胞死亡： 1.增殖性死亡：几个细胞周期以后才死 亡
，即失去无限增殖能力
2.间期性死亡(凋亡)：几个小时内就死亡，细 胞对放射敏感性较高，比如淋巴细胞
直接电离辐射线，它们具有足够的动能，在穿透物 质时通过电磁作用直接与原子中的电子“碰撞”引 起物质原子或分子电离。
间接电离：如中子和光子等不带电粒子是间接电离
辐射线，本身不能使物质电离，只能与原子的壳层 电子或原子核作用产生次级粒子如电子和反冲核等 再与物质中原子相互作用引起原子电离。
损伤阶段 损伤过程 产生时间
第一阶段 第二阶段 第三阶段 分子水平 细胞水平 器官水平 立刻 以天计算 以月计算
第四阶段 整体水平 以年计算
一.放射性射线对生物体损伤 的发展过程
对正常组织和肿瘤组织而言这个损伤过程是一样 的。也就是说射线的物理特性是无法区分正常组 织和肿瘤组织的。
放射生物学最根本任务就是如何扩大射线对正常 组织和肿瘤组织作用的差距，在杀死癌细胞的同 时尽量减少对正常组织的损伤，即使损伤了也尽 快给以“修复”。
胞溶解，这种情况被认为是细胞即刻死亡或间期死亡；
用较低的几个戈瑞照射正在分裂或还能进行分裂的细胞（如骨髓
细胞系、皮肤或小肠隐窝），此时部分细胞丧失其分裂或增殖能力。
另一方面，存活细胞或能够生存发育的细胞是指保持细胞增殖能力，
并能够因此而形成集落或克隆的细胞，这些细胞称为克隆源性细胞。
在体内，肿瘤和正常组织只有一小部分细胞属于克隆源性细胞，受照
外推数N值是表示肩宽的量。如N大（比如 10或12）该存活曲线就有一个宽的肩。如 N值小（比如1.5～2）则曲线的肩就小。N 值反映细胞内所含放射敏感区域数，即所 谓靶数。表示细胞内固有的与放射敏感性 相关的参数。
细胞死亡： 1.增殖性死亡：几个细胞周期以后才死 亡
，即失去无限增殖能力
2.间期性死亡(凋亡)：几个小时内就死亡，细 胞对放射敏感性较高，比如淋巴细胞
最新[理学]放射生物学基础演示文稿 复件1幻灯片课件
![最新[理学]放射生物学基础演示文稿 复件1幻灯片课件](https://img.taocdn.com/s3/m/d8d4b29c1eb91a37f0115c83.png)
❖ 淋巴造血细胞和小肠粘膜上皮细胞的死亡分别是造 血型和胃肠型急性放射病的重要细胞学基础。
❖ 电离辐射诱发的不育症取决于生殖细胞的杀伤。 ❖ 电离辐射诱发的脱发起源于毛囊上皮细胞的破坏。
增殖死亡
❖ 发生于分裂增殖的细胞，照射后细胞不立即死亡， 仍进行与生命活动有关的代谢过程（DNA与蛋白质合 成等），并可能发生细胞分裂，这种细胞死亡的标 志是最终丧失继续增殖的能力，即生殖完整性的破 坏。
间期死亡
❖ 照射剂量很大（100Gy以上）时，受照射细胞 不论是否具有分裂增殖能力，将在有丝分裂 的间期死亡。
❖ 胸腺细胞，淋巴细胞、A型精原细胞和卵细胞 属于放射敏感性较高的细胞，1Gy以内的剂量 足以引起50%以上的细胞发生间期死亡。
第三节 辐射诱导的细胞损伤及其修复
细胞放射损伤的分类
❖ 1．致死性损伤（LD）：用任何办法都不能使细胞 修复的损伤。损伤不可修复，不可逆地导致细胞死 亡。
❖ 从各种不同种类和功能的蛋白质来看，抗体、核蛋白、肌纤 蛋白等有重要生物学功能的蛋白质的生物合成可被射线抑制。 急性照射后血清蛋白总量变化较小，但血清蛋白的组成可发 生明显的变化，主要是白蛋白减少、球蛋白增多，白蛋白与 球蛋白的比值降低，慢性放射病时出现白蛋白轻度减少和球 蛋白增高。
电离辐射对糖代谢的影响
❖ 放射病时，各种病变与物质代谢障碍有密切 关系，因而研究代谢的改变可以对放射病的 诊断、预后及治疗措施提供客观依据。
电离辐射对能量代谢的影响
❖ 能量代谢是保障机体生命活动的极为重要的生物化学过程， 三磷酸腺苷(ATP)的形成率是物质代谢中关键问题，同时也 是射线影响能量代谢的重要环节，生成ATP最重要的生物化 学过程是氧化磷酸化作用，其效率以P/O比值表示，即每消 耗一原子氧所形成的高能磷酸键的数目。
❖ 电离辐射诱发的不育症取决于生殖细胞的杀伤。 ❖ 电离辐射诱发的脱发起源于毛囊上皮细胞的破坏。
增殖死亡
❖ 发生于分裂增殖的细胞，照射后细胞不立即死亡， 仍进行与生命活动有关的代谢过程（DNA与蛋白质合 成等），并可能发生细胞分裂，这种细胞死亡的标 志是最终丧失继续增殖的能力，即生殖完整性的破 坏。
间期死亡
❖ 照射剂量很大（100Gy以上）时，受照射细胞 不论是否具有分裂增殖能力，将在有丝分裂 的间期死亡。
❖ 胸腺细胞，淋巴细胞、A型精原细胞和卵细胞 属于放射敏感性较高的细胞，1Gy以内的剂量 足以引起50%以上的细胞发生间期死亡。
第三节 辐射诱导的细胞损伤及其修复
细胞放射损伤的分类
❖ 1．致死性损伤（LD）：用任何办法都不能使细胞 修复的损伤。损伤不可修复，不可逆地导致细胞死 亡。
❖ 从各种不同种类和功能的蛋白质来看，抗体、核蛋白、肌纤 蛋白等有重要生物学功能的蛋白质的生物合成可被射线抑制。 急性照射后血清蛋白总量变化较小，但血清蛋白的组成可发 生明显的变化，主要是白蛋白减少、球蛋白增多，白蛋白与 球蛋白的比值降低，慢性放射病时出现白蛋白轻度减少和球 蛋白增高。
电离辐射对糖代谢的影响
❖ 放射病时，各种病变与物质代谢障碍有密切 关系，因而研究代谢的改变可以对放射病的 诊断、预后及治疗措施提供客观依据。
电离辐射对能量代谢的影响
❖ 能量代谢是保障机体生命活动的极为重要的生物化学过程， 三磷酸腺苷(ATP)的形成率是物质代谢中关键问题，同时也 是射线影响能量代谢的重要环节，生成ATP最重要的生物化 学过程是氧化磷酸化作用，其效率以P/O比值表示，即每消 耗一原子氧所形成的高能磷酸键的数目。
最新临床放射生物学.进修研究生)教学讲义PPT课件
(一)人体肿瘤的生长动力学
Collins 1956年首次测定人体肿瘤生长速 度
肿瘤倍增时间（doubling time, TD）在 病人与病人间差异很大
人体肿瘤TD ：4天～１年以上，中位数三 个月
对比之下，在同一病人身上的所有转移灶却有 类似生长速度。
组织类型和生长速度之间肯定有相关性: 胚胎性肿瘤，27天；恶性淋巴瘤，29天；
细胞中
其他的结构起快速的化学反应
形成自由基，并参予一系列的反应 最后导致电子负荷平衡的重建，
自由基反应一般在照射后千分之一秒内完 成。
最后是生物阶段
大量的占多数的损伤如DNA内的损伤都 可以成功的修复
仅有较少的损伤不能修复，这些未能修 复的损伤最后导致细胞死亡。
电离辐射生物效应的时标:(The
因此，在刚放疗结束的病理切片中，发现 有形态完整的肿瘤细胞有意义吗？
不一定证明是有临床 意义的肿瘤残留。
肿瘤的放射生物学
肿瘤内细胞的分类：
增殖细胞 Proliferating cell, P 静止细胞 Quiescent cell, Q
G0期细胞,临床上肿瘤复发的根源 无增殖能力的衰老细胞 死亡细胞 破碎细胞
临床放射生物学对肿瘤细胞存活可定义 为:经放射线作用后细胞仍具有无限增殖 能力的细胞。
相反，细胞在照射后已失去无限增殖能力， 即便其形态仍保持完整，有能力制造蛋白 质，有能力合成DNA，甚至还能再经过一 次或两次有丝分裂，产生一些子细胞，但 最终不能继续传代者称为已“死亡”细胞。
按照细胞存活定义，放射治疗效果主要是 根据是否残留有无限增殖能力的细胞，而 不是要求瘤体内的细胞达到全部破坏。
间接作用 Indirect action
电离辐射作用于一 个原子和分子的同时 又直接作用于水，使 水分子产生一系列原 发辐射分解产物，然 后通过这些辐射分解 产物再作用于生物大 分子，引起后者的物 理和化学变化
最新临床放射生物学讲学课件
• 电离辐射直接作用(高LET射线)引起DNA 损伤较少依赖于细胞内氧水平和细胞周 期时相。
*细胞存活曲线
• 细胞存活的概念 ： 具有无限增殖能力
• 细胞存活率随照射 剂量增加呈指数下 降
• 细胞存活曲线的临 床意义 ： 研究各种细胞生物 效应与放射剂量的 定量关系
• D1 (初始斜率)：细胞存活曲线的初始部分。是将存 活细胞数目降至照射前数目的37%所需的射线剂量。 表示受照射细胞在低剂量范围的放射敏感性。
• 电离辐射以离子簇的形式撞击靶区，击中 概率遵循泊松(Poisson)分布；
• 单次或多次击中靶区可产生某种放射生物 效应，如大分子的失活或断裂等。
细胞致死机制
• 照射所致细胞死亡的敏感部位在核内； • DNA是射线杀伤细胞的主要靶； • DNA的破坏，中断了细胞分裂所必须的
DNA复制过程； • DNA损伤主要为单链或双链的断裂；单链
• N (外推数)：是指细胞内所含放射敏感区域数，即 靶数。(因随实验条件改变而有较大幅度的变化，与实际情况不符，
现已少用)
*α/β比值与线性二次模式(LQ模式)
• 电离辐射作用于靶细胞并造成该细胞损伤由α和β 两个损伤概率复合而成，并分别对应于早、晚反 应两项杀伤。
• α：单击双链断裂系数；即单次击中，DNA双链断裂，
• 放射治疗的效果，主要是根据是否残留具有 无限增殖能力的细胞，而不是要求瘤体内的 细胞达到全部破坏。
细胞致死机制——靶学说
• 1924年Crowther 首先提出照射抑制细胞有丝分裂的 原因在于染色体像着丝点那样大小的体积中发生了 一次电离辐射，并证明细胞分裂的抑制与照射剂量 之间存在有定量关系。
S =e -n (αd +βd2)
*细胞存活曲线
• 细胞存活的概念 ： 具有无限增殖能力
• 细胞存活率随照射 剂量增加呈指数下 降
• 细胞存活曲线的临 床意义 ： 研究各种细胞生物 效应与放射剂量的 定量关系
• D1 (初始斜率)：细胞存活曲线的初始部分。是将存 活细胞数目降至照射前数目的37%所需的射线剂量。 表示受照射细胞在低剂量范围的放射敏感性。
• 电离辐射以离子簇的形式撞击靶区，击中 概率遵循泊松(Poisson)分布；
• 单次或多次击中靶区可产生某种放射生物 效应，如大分子的失活或断裂等。
细胞致死机制
• 照射所致细胞死亡的敏感部位在核内； • DNA是射线杀伤细胞的主要靶； • DNA的破坏，中断了细胞分裂所必须的
DNA复制过程； • DNA损伤主要为单链或双链的断裂；单链
• N (外推数)：是指细胞内所含放射敏感区域数，即 靶数。(因随实验条件改变而有较大幅度的变化，与实际情况不符，
现已少用)
*α/β比值与线性二次模式(LQ模式)
• 电离辐射作用于靶细胞并造成该细胞损伤由α和β 两个损伤概率复合而成，并分别对应于早、晚反 应两项杀伤。
• α：单击双链断裂系数；即单次击中，DNA双链断裂，
• 放射治疗的效果，主要是根据是否残留具有 无限增殖能力的细胞，而不是要求瘤体内的 细胞达到全部破坏。
细胞致死机制——靶学说
• 1924年Crowther 首先提出照射抑制细胞有丝分裂的 原因在于染色体像着丝点那样大小的体积中发生了 一次电离辐射，并证明细胞分裂的抑制与照射剂量 之间存在有定量关系。
S =e -n (αd +βd2)
放射生物学基础PPT课件
细血管炎。
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32
正常细胞的放射损伤
七、肝和肾 1. 均属于晚反应组织。 2. 全器官照射2~3Gy即可永久损伤。 3. 不超过1/3体积照射可耐受大剂量分次照
射，而且敏感性较高。
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33
正常细胞的放射损伤
八、神经系统
1. 脊髓照射的阈制值为4周内44Gy 。 2. 全脑照射为5周50Gy。 3. 周围神经耐受量高。
如果未能进行有效的细胞 周期内时相的 再分布，就可能成为放射耐受的机制之 一。
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14
分次放疗的生物学基础
（三）乏氧细胞的再氧合
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15
直径<1mm的肿瘤是充分氧合的，超过 这个大小便会出现乏氧。
单次大剂量照射肿瘤后，即刻的乏氧数 是100%，然后逐渐下降并接近初始值。
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34
正常细胞的放射损伤
九、骨和软骨 1. 生长中的软骨特别敏感，10Gy就暂停生长。 2. 儿童骨骼照射20Gy暂停生长。
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35
谢谢！
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36
此课件下载可自行编辑修改，供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！
放射生物学基础
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1
单次4Gy的X线的全身照射的 后果是什么？
对一名70Kg的正常人而言 代表的能量相当于67卡。 转化为热量代表温度升高0.002oC。 转化为机械能相当于把一个人从地面举起
16英寸（40.64厘米）所做的功。
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2
后果
绝大多数人将死亡。 骨髓移植大剂量全身照射接近
2. 可以提高疗效，保护早反应组织。 3. 经济负担增加。
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32
正常细胞的放射损伤
七、肝和肾 1. 均属于晚反应组织。 2. 全器官照射2~3Gy即可永久损伤。 3. 不超过1/3体积照射可耐受大剂量分次照
射，而且敏感性较高。
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33
正常细胞的放射损伤
八、神经系统
1. 脊髓照射的阈制值为4周内44Gy 。 2. 全脑照射为5周50Gy。 3. 周围神经耐受量高。
如果未能进行有效的细胞 周期内时相的 再分布，就可能成为放射耐受的机制之 一。
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分次放疗的生物学基础
（三）乏氧细胞的再氧合
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直径<1mm的肿瘤是充分氧合的，超过 这个大小便会出现乏氧。
单次大剂量照射肿瘤后，即刻的乏氧数 是100%，然后逐渐下降并接近初始值。
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正常细胞的放射损伤
九、骨和软骨 1. 生长中的软骨特别敏感，10Gy就暂停生长。 2. 儿童骨骼照射20Gy暂停生长。
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放射生物学基础
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1
单次4Gy的X线的全身照射的 后果是什么？
对一名70Kg的正常人而言 代表的能量相当于67卡。 转化为热量代表温度升高0.002oC。 转化为机械能相当于把一个人从地面举起
16英寸（40.64厘米）所做的功。
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2
后果
绝大多数人将死亡。 骨髓移植大剂量全身照射接近
2. 可以提高疗效，保护早反应组织。 3. 经济负担增加。
临床放射生物学PPT课件
为肿瘤患者提供更精准、有效的治疗 方案，提高治愈率和生存率。
推动放射生物学基础研究，为放射治 疗和放射防护提供理论支持和实践指 导。
放射损伤预防与治疗
保护放射工作者和公众免受辐射危害 ，为放射损伤患者提供有效的治疗手 段。
临床放射生物学的历史与发展
历史回顾
自20世纪初发现放射性元素以来 ，临床放射生物学经历了从基础
放射生物学的物理基础
放射生物学中的物理概念
描述放射生物学中涉及的物理概念，如电磁辐射、光子、粒子等 。
辐射类型与性质
介绍不同类型的辐射（如X射线、伽马射线、中子等）及其性质， 以及它们在生物体内的作用方式。
辐射剂量与计量
解释辐射剂量、吸收剂量、生物剂量等概念，以及它们在放射生物 学中的重要性。
放射生物学的化学基础
放射生物学的细胞生物学基础
细胞结构与功能
01
简要介绍细胞的基本结构与功能，为后续讨论辐射对细胞的影
响打下基础。
细胞周期与放射敏感性
02
阐述不同细胞周期阶段对辐射的敏感性，以及辐射如何影响细
胞周期的进程。
细胞死亡与凋亡
03
探讨辐射暴露后细胞死亡的不同机制，如坏死、凋亡等，以及
这些机制在放射生物学中的意义。
探索新型放疗技术与药物
技术
随着科技的发展，新型放疗技术如质子 束放疗、射波刀等不断涌现。这些技术 具有更高的剂量集中性和更好的肿瘤覆 盖率，有可能提高放疗效果。
VS
药物
放射增敏剂和放射保护剂是两种新型药物 。前者可以提高肿瘤组织对射线的敏感性 ，后者则可以保护正常组织免受损伤。目 前，这两种药物都在临床试验阶段。
放疗可以诱导肿瘤细胞凋亡和坏死， 加速肿瘤细胞的死亡。
李英 临床放射生物学基础ppt课件
临床治愈：放射治疗能使残存的肿瘤细胞在很长时间内不能 恢复其增殖能力，以至于在患者的自然寿命期内不再有临 床表现。
放射敏感性与放射可治愈性不总是一致的。增殖快、分化 差的肿瘤，对于放射线敏感，治疗早期疗效显著，但常因 远地转移而死亡。（eg SCLC）
正常组织的放射耐受量
是指被照射的组织器官不发生严重损伤的最大照射剂量。 它的大小与受照射的容积（面积或长度）有关；不同类型 的器官，同一器官的不同部位也有差异。
RBE= 产生某种生物效应所需的X线剂量 产生同种效应所需的有关射线剂量
LET与相对生物效应
一般LET值越大的射线，其相对生物效应越大。 同样LET的射线，单次照射与分次照射相对生物效应不同。 在分割照射时，高LET射线对细胞的损伤都是致死性的； 低LET射线造成的损伤部分是非致死性的。 随着LET继续增高，RBE反而下降，这与高LET射线存在 超杀效应（overkill effect）有关。
目标：从应用基础研究角度为临床放射治疗医师设计和改 进治疗方案提供思路和研究依据。
临床放射生物学在放射治疗中的作用
概念
为放射治疗提供理论基础，确认放射线对 肿瘤和正常组织的作用机制及其受照射后 的生物体构成反应的过程。
DNA损伤及修复； 肿瘤乏氧细胞； 肿瘤细胞再氧合； 肿瘤干细胞再群体化等
治疗策略的实证研究 放射生物学的作用是为治疗方法的改变提 供生物学方面的定量性资料。
加速治疗； 超分割治疗； 大分割治疗； 乏氧细胞增敏剂；
IMRT； 高LET放射治疗等
个体化放射治疗方案的研究和设计
tailored therapy “个体肿瘤放射敏感性预测” 其意义在于制定个体化放疗方案提供基础。
放射敏感的肿瘤可降低分次剂量同时化疗； 放射抗拒的肿瘤可加大分次剂量和应用放射增敏剂使患者
放射敏感性与放射可治愈性不总是一致的。增殖快、分化 差的肿瘤，对于放射线敏感，治疗早期疗效显著，但常因 远地转移而死亡。（eg SCLC）
正常组织的放射耐受量
是指被照射的组织器官不发生严重损伤的最大照射剂量。 它的大小与受照射的容积（面积或长度）有关；不同类型 的器官，同一器官的不同部位也有差异。
RBE= 产生某种生物效应所需的X线剂量 产生同种效应所需的有关射线剂量
LET与相对生物效应
一般LET值越大的射线，其相对生物效应越大。 同样LET的射线，单次照射与分次照射相对生物效应不同。 在分割照射时，高LET射线对细胞的损伤都是致死性的； 低LET射线造成的损伤部分是非致死性的。 随着LET继续增高，RBE反而下降，这与高LET射线存在 超杀效应（overkill effect）有关。
目标：从应用基础研究角度为临床放射治疗医师设计和改 进治疗方案提供思路和研究依据。
临床放射生物学在放射治疗中的作用
概念
为放射治疗提供理论基础，确认放射线对 肿瘤和正常组织的作用机制及其受照射后 的生物体构成反应的过程。
DNA损伤及修复； 肿瘤乏氧细胞； 肿瘤细胞再氧合； 肿瘤干细胞再群体化等
治疗策略的实证研究 放射生物学的作用是为治疗方法的改变提 供生物学方面的定量性资料。
加速治疗； 超分割治疗； 大分割治疗； 乏氧细胞增敏剂；
IMRT； 高LET放射治疗等
个体化放射治疗方案的研究和设计
tailored therapy “个体肿瘤放射敏感性预测” 其意义在于制定个体化放疗方案提供基础。
放射敏感的肿瘤可降低分次剂量同时化疗； 放射抗拒的肿瘤可加大分次剂量和应用放射增敏剂使患者
临床放射生物学[1]
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DNA损伤是射线杀灭细 胞和导致细胞突变的 关键。
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临床放射生物学[1]
3．DNA链断裂的分子机制：
链断裂的形成可以直接 由于脱氧戊糖破坏或磷酸二酯键 的断裂，也可以间接通过碱基的 破坏或脱落所致。
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临床放射生物学[1]
(1) 脱 氧 戊 糖 和 磷 酸 二 酯 键 的 破 坏 ： 水辐射产物，水合电子(e—水合，或 e—qq)羟自由基OH和氢自由基H·可 以分别作用于碱基双键上，其中以 羟自由基破坏性最强。由于羟自由 基的高反应性，能从糖基上抽去20 ％ 的 氢 ， 因 此 DNA 键 的 断 裂 主 要 与 羟自由基作用有关。
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临床放射生物学[1]
二、电离和激发 (一)电离作用
电离作用是高能粒子和电磁辐射的能量被生物 组织吸收后引起效应的最重要的初始过程。
定义：生物组织中的分子被粒子或光子流撞击 时，其轨道电子被击出，产生自由电子和带 正电的离子，即形成离子对，这过程称之。
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临床放射生物学[1]
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临床放射生物学[1]
电离辐射生物效应的时标:(The
time-scale of effects in radiation biology)
n 物理过程（10-15秒内结束）。
n 化学过程（DNA残基的存在时间10-3 到10-5）秒）。
n 生物学过程（细胞死亡需数天到数月，
辐射致癌作用需数年，可遗传的损伤需经
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临床放射生物学[1]
(2)辐射所引起的DNA内的损伤数比那些 最后导致细胞死亡的损伤数要大得多。
一个可导致平均每个细胞有一次致 死事件的照射剂量将杀死63％的细 胞，而剩下的37％还是有活性的。 这个剂量被称为平均致死剂量(Do)。
临床放射生物学基础【放疗科】 ppt课件
Tpot 细胞丢失因子 = 1– ---------
Td 有些肿瘤生长较慢，主要是因为细胞丢失率高。 细胞丢失的主要机制----- 坏死
分化
肿瘤的生长速度
• 人肿瘤典型的动力学参数(引自AC Begg)
• ---------------------------------------------------------
辐射诱导的细胞死亡
两种主要形式
有丝分裂死亡 (增殖性死亡）
指由于染色体的损伤，细胞在试图分裂时发生死亡。死亡可发生在照射 后的第一次或以后的几次分裂,是电离辐射引起细胞死亡的最常见形式。
间期死亡（细胞在进行下一次分裂前死亡）
凋亡（apoptosis）：Trott所指出:至少96%的凋亡事件是发生在有丝分裂之后。在 许多情况下，凋亡是一种正常的生理过程，包括胚胎发育，免疫系统以及保持组 织自我平衡。作为辐射所引起的细胞死亡形式之一，它是高度细胞类型依赖性的。 淋巴细胞更易于通过凋亡途径发生照射后的快速细胞死亡 自嗜(autophagy)：是指细胞消化自己的部分胞浆从而形成巨大分子和能量的过程。 自嗜的分子基础及其与细胞死亡/存活的关系是现代研究的活跃领域 坏死（necrosis）：有一种观点认为，凋亡代表的是细胞自杀性死亡而坏死则是 由损伤所致。在组织学上认为坏死是一种在极端不利情况下（如pH值的极端变 化、能量缺失以及离子不平衡等）突发的细胞死亡 衰老（senescence）：是指正常细胞永久性尚失了分裂能力，这些细胞仍保有代 谢能力，可有或无功能的变化。与凋亡一样，不同类肿瘤及细胞倾向于不同的衰 老过程，照射以后的纤维细胞经常发生成熟前的衰老（premature senescence）,有 可能导致放射性纤维化。
克隆源细胞（clonogenic cell)
Td 有些肿瘤生长较慢，主要是因为细胞丢失率高。 细胞丢失的主要机制----- 坏死
分化
肿瘤的生长速度
• 人肿瘤典型的动力学参数(引自AC Begg)
• ---------------------------------------------------------
辐射诱导的细胞死亡
两种主要形式
有丝分裂死亡 (增殖性死亡）
指由于染色体的损伤，细胞在试图分裂时发生死亡。死亡可发生在照射 后的第一次或以后的几次分裂,是电离辐射引起细胞死亡的最常见形式。
间期死亡（细胞在进行下一次分裂前死亡）
凋亡（apoptosis）：Trott所指出:至少96%的凋亡事件是发生在有丝分裂之后。在 许多情况下，凋亡是一种正常的生理过程，包括胚胎发育，免疫系统以及保持组 织自我平衡。作为辐射所引起的细胞死亡形式之一，它是高度细胞类型依赖性的。 淋巴细胞更易于通过凋亡途径发生照射后的快速细胞死亡 自嗜(autophagy)：是指细胞消化自己的部分胞浆从而形成巨大分子和能量的过程。 自嗜的分子基础及其与细胞死亡/存活的关系是现代研究的活跃领域 坏死（necrosis）：有一种观点认为，凋亡代表的是细胞自杀性死亡而坏死则是 由损伤所致。在组织学上认为坏死是一种在极端不利情况下（如pH值的极端变 化、能量缺失以及离子不平衡等）突发的细胞死亡 衰老（senescence）：是指正常细胞永久性尚失了分裂能力，这些细胞仍保有代 谢能力，可有或无功能的变化。与凋亡一样，不同类肿瘤及细胞倾向于不同的衰 老过程，照射以后的纤维细胞经常发生成熟前的衰老（premature senescence）,有 可能导致放射性纤维化。
克隆源细胞（clonogenic cell)
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临床放射生物学效应
正常组织细胞的放射生物 效应
细胞存活曲线
❖ 细胞存活曲线，是通过测量 受不同辐射剂量照射后，有 增殖能力的细胞在体内、外 克隆或集落的能力，即存活 率的变化所绘制出的剂量-效 应曲线。
临床放射生物学效应
正常组织细胞的放射生物效应 辐射所致细胞损伤及修复
细胞放射损伤的分类 ❖ 致死性损伤(LD)，不可修复，不可逆地导致细胞死亡 ❖ 亚致死性损伤(SLD)，经过一段充分时间能完全被细胞修复，
——过多的射线能量并不能引起更强的生物学效应。
放射生物学基本概念
自由基与活性氧
❖ 自由基 是指能独立存在的、含有一个或一个以上不配对电子的任何 原子、分子、离子或原子团。自由基由于具有未配对电子， 易与其他电子配对成键，故具有很高的反应活性、不稳定 性、顺磁性等特点。如：氢自由基(H·)、羟自由基(·OH) 作用：损伤DNA、生物膜等
放射生物学基本概念
影响辐射生物效应的主要因素
与辐射有关的因素 与机体有关的因素
❖ 辐射的种类
❖ 种系的放射敏感性
❖ 辐射的剂量 （LD50） ❖ 个体发育的放射敏感性 ❖ 辐射剂量率
❖ 分次照射
❖ 照射部位（腹部-盆腔-头颈-胸部-四肢）
❖ 照射面积
❖ 照射方式（内照射、外照射、混合照射）
临床放射生物学效应
放射生物学基本概念
靶分子
当前引人注目的靶分子是基因组DNA和生物膜。
❖ 基因组DNA 作为射线作用的靶分子，并非随机地作用于分 子的任何部位，而是分子中的某些要害部位易受损伤．碱基 不稳定性位点易发生断裂，
❖ 生物膜 细胞的膜系包括质膜、核膜和细胞器(线粒体、溶酶 体等)膜。膜系是电离辐射作用的靶之一。细胞膜系具有重 要的生物功能，且对电离比较敏感。细胞可发生两类辐射损 伤，一类称N型损伤；另一类称O型损伤。
照射后细胞周期进程停滞于G2时相，不进行分裂，因此G2相 细胞堆积。
❖ G1阻滞 并非所有的细胞系在照射后都出现G1阻滞，只有表达野生型 p53的细胞系表现出辐射诱导的G1阻滞。
❖ S相延迟 电离辐射使细胞通过S相的进程减慢，称为S相延迟，与DNA 合成速率下降有关。
❖ 巨细胞形成 电离辐射可引起某些细胞体积增大，成为巨细胞，这种细胞 可存活一定时间，具有功能活性，但最终将发生细胞凋亡。
❖ 电离辐射以离子簇的形式撞击靶区，击中 概率遵循泊松分布。
❖ 单次或多次击中靶区可产生某种放射生物 效应，如生物大分子失活或断裂等。
放射生物学基本概念
靶学说
❖ 单击效应 生物大分子或细胞的敏感靶区被电离粒子击中 1次即足以引起生物大分子的失活或细胞的死 亡，这就是所谓的单击效应。
❖ 多击效应 有的生物大分子和多数细胞的剂量存活曲线不 呈指数下降，被认为其靶区需要受到2次或2 次以上的击中才会失活，这就是多击效应。
相对生物效能(RBE)，
❖ 也称“相对生物效应” ❖ X射线(250kV)引起某一生物效应所需剂量与所观察的辐射
引起同一生物效应所需剂量的比值。 ❖ 影响LET的因素：放射线质、放射剂量大小、
分次照射次数、剂量率等
❖ RBE与LET成正相比
LET＜10keV/μm，RBE随LET增加而上升幅度较小。 LET=10-100keV/μm，RBE随LET增加而迅速上升。 LET＞100keV/μm，RBE随LET继续增加而下降。
细胞周期分为4个时相，即G1,S,G2和M G2时相对辐射最敏感，其次为G1时相，而S时相相对较不敏感 ❖ 不同环境中细胞的放射敏感性 环境中氧分压对பைடு நூலகம்胞放射敏感性影响十分明显。在低LET辐射(如X射线) 作用下，氧的存在将加强射线对细胞的杀伤力。
临床放射生物学效应
正常组织细胞的放射生物效应 电离辐射对细胞周期的影响 ❖ G2阻滞
放射生物学基本概念
靶学说
单靶模型、多靶模型 ❖ 假定生物分子或细胞中存在一个放射敏感的靶区，
属单靶模型。 ❖ 有些放射生物现象，难以用单靶击中来解释，例如
某些病毒和细菌受不同品质的辐射作用后用单靶模 型计算其靶体积时，发现α射线的靶体积大于γ射线 的靶体积，显然与事实不符。若用多靶模型计算， 则两种射线所得结果一致。对于许多较高级的生物 体，情况都是如此。
❖ 活性氧 是指氧的某些代谢产物和一些反应的含氧产物。 特点是含有氧，化学性质较基态氧更为活泼。
如：O-、O2-、·OH、H2O2、RO·、ROO·都是活性氧。
放射生物学基本概念
氧效应、氧增强比
❖ 氧效应 受照射的组织、细胞或生物大分子的辐射效应随周围介质中 氧浓度升高而增加，这种现象称为氧效应。 在一定效应水平上所需的照射剂量不同，有氧时引起相同效 应的剂量要低于无氧时的剂量。
❖ 其单位为J/m，一般常用keV/μm表示 ❖ lkeV/μm=1.602×10-10J/m。 ❖ X、γ射线和中子虽不是直接电离粒子，但它们在
与物质相互作用后可产生次级带电粒子，故LET的 概念也适用于它们。 ❖ 在一般情况下，射线的LET值愈大，在相同吸收剂 量下其生物效应愈大。
放射生物学基本概念
❖ 氧增强比 氧增强比(OER)是指缺氧条件下引起一定效应所需辐射剂量与 有氧条件下引起同样效应所需辐射剂量的比值，常用以衡量 氧效应的大小。 OER= 缺氧氧条件下产生一应定的剂量
有氧条件下产生一定效 的应 剂剂
放射生物学基本概念
靶学说
❖ 生物结构内存在着对辐射敏感的部分，称 为“靶”，其损伤将引发某种生物效应。
临床放射生物学基础
临床放射生物学基础
❖ 放射生物学基本概念 ❖ 临床放射生物学效应 ❖ 放射治疗的时间、剂量分割模式 ❖ 提高放射生物学效应的方法 ❖ 加温治疗的原理及应用
放射生物学 基本概念
放射生物学基本概念
传能线密度
❖ 传能线密度(LET)是指能够直接电离的粒子直接在 其单位长度径迹上消耗的平均能量
❖ 正常组织细胞的放射生物效应 ❖ 肿瘤组织细胞的放射生物效应
临床放射生物学效应
正常组织细胞的放射生物效应
细胞的放射敏感性
❖ 不同细胞群体的放射敏感性 1. 不断分裂、更新的细胞群体，对电离辐射的敏感性较高 2. 不分裂的细胞群体，对电高辐射有相对的抗性 3. 在一般状态下基本不分裂或分裂的速率很低，对辐射相对地不敏感 ❖ 不同细胞周期时相的放射敏感性